Ученые НИЦ «Курчатовский институт» разработали новую стратегию получения перспективных материалов для электроники. Они создаются путем интеграции двух компонентов – кремниевой основы и функционального оксида, который формируется в виде тонкой пленки. Суть стратегии заключается в управлении границей раздела между этими двумя компонентами в материале.

Предложенный подход универсален и позволит в будущем получить большое разнообразие структур с уникальными свойствами, которые будут востребованы для создания энергоэффективных устройств.

Результаты данной работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Advanced Functional Materials.

«Кремниевая электроника подошла к своему технологическому пределу. Сегодня для создания компактных устройств с низким потреблением энергии необходимы новые материалы. Они, с одной стороны, должны задействовать существующую кремниевую технологическую платформу, а с другой – обладать свойствами, которые у кремния отсутствуют», – пояснил руководитель лаборатории новых элементов наноэлектроники НИЦ «Курчатовский институт» Вячеслав Сторчак.

По его словам, перспективным решением является интеграция кремния с функциональными оксидами ввиду многообразия и уникальности их свойств. В работе показано, что синтез таких материалов осуществляется через один и тот же универсальный интерфейс. Так ученые называют структуру, которая формируется на границе между кремниевой основой и функциональным оксидом и связывает их в единую систему.

Специалисты подробно изучили строение и функциональные особенности интерфейса, поскольку он имеет ключевое значение в процессе интеграции двух компонентов. Теперь на основе этих данных можно будет создать множество новых структур для разнообразных приложений, которые будут зависеть от типа выбранного функционального оксида.

В ходе данной работы было получено несколько новых материалов, один из них – на основе кремния и оксида европия. Он был синтезирован методом молекулярно-лучевой эпитаксии путем «выращивания» тонких слоев оксида на подложке из кремния. Материал обладает магнитными свойствами, которые будут актуальны для разработки новых электронных устройств с низким потреблением энергии – приборов спинтроники.

Дальнейшее развитие этого направления предполагает расширение набора интегрируемых материалов, а также технологических платформ. Разработанный учеными универсальный подход станет основой для этих экспериментов. В частности, специалисты планируют осуществить прямую интеграцию функциональных материалов с существующими промышленными полупроводниками, такими как германий, арсенид и нитрид галлия.

Данная работа осуществляется при поддержке Российского научного фонда (гранты 20–79–10028 и 19–19–00009).